JP2021519800A - Method for producing membrane protein - Google Patents

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Abstract

以下の工程を含む膜タンパク質の製造方法が開示される:水性媒体中に存在する宿主生物において膜タンパク質を発現させること、前記宿主生物から前記膜タンパク質を遊離させること、界面活性剤溶液を添加して前記膜タンパク質を可溶化させること、前記可溶化膜タンパク質の液体フラクションを回収すること、前記液体フラクションをクロマトグラフィーに供して前記膜タンパク質を固定相上に結合または保持すること、溶出バッファーを用いて前記固定相を溶出して前記膜タンパク質を製造すること。この方法は、最終製品の品質を損なうことなく、効率的な方法で比較的大量の膜タンパク質を製造し得る。A method for producing a membrane protein including the following steps is disclosed: expressing the membrane protein in a host organism present in an aqueous medium, releasing the membrane protein from the host organism, adding a surfactant solution. To solubilize the membrane protein, recover the liquid fraction of the solubilized membrane protein, subject the liquid fraction to chromatography to bind or retain the membrane protein on a stationary phase, and use an elution buffer. To produce the membrane protein by eluting the stationary phase. This method can produce a relatively large amount of membrane protein in an efficient manner without compromising the quality of the final product.

Description

本発明は、膜タンパク質の製造方法に関する。本発明による方法は、大量の膜タンパク質が生産される産業上の利用に適している。したがって、この方法は、少なくともパイロットプラントの生産に適した単位操作を適用することを目的としている。特に、本発明は、超遠心分離装置を回避することを目的としている。 The present invention relates to a method for producing a membrane protein. The method according to the invention is suitable for industrial use where large amounts of membrane proteins are produced. Therefore, this method is intended to apply unit operations that are at least suitable for the production of pilot plants. In particular, the present invention aims to avoid ultracentrifuges.

ヒトゲノムの遺伝子の約3分の1は膜タンパク質をコードする。膜タンパク質は、エネルギー変換、細胞シグナル伝達、細胞間相互作用、細胞接着、細胞移動、タンパク質輸送、ウイルス融合、神経シナプス活動、イオンおよび代謝産物の輸送など、多くの重要な細胞活動において影響を与える。膜タンパク質は細胞膜の脂質二重層に埋め込まれており、疎水性部位と親水性部位の両方で構成される。 About one-third of the genes in the human genome encode membrane proteins. Membrane proteins affect many important cell activities such as energy conversion, cell signaling, cell-cell interaction, cell adhesion, cell migration, protein transport, viral fusion, neurosynaptic activity, ion and metabolite transport. .. Membrane proteins are embedded in the lipid bilayer of cell membranes and are composed of both hydrophobic and hydrophilic sites.

近年、膜タンパク質は、多孔質構造支持層上に移植された薄膜複合層との融合に成功している。さらに、膜タンパク質は、細胞生物学およびタンパク質生化学に関して、重要な製薬ターゲットおよび興味深い研究対象を代表している。したがって、パイロットプラントまたは膜タンパク質の大規模生産の必要性が存在する。 In recent years, membrane proteins have succeeded in fusing with a thin film composite layer transplanted on a porous structure support layer. In addition, membrane proteins represent important pharmaceutical targets and interesting research subjects in cell biology and protein biochemistry. Therefore, there is a need for large-scale production of pilot plants or membrane proteins.

WO2017137361(A1)は、アクアポリン水チャネル(AQP)などの膜貫通タンパク質とポリアルキレンイミン(PAI)の間に形成された自己組織化ナノ構造を開示している。自己組織化ナノ構造は、その後、多孔質支持膜に移植された薄膜複合(TFC)膜に組み込まれる。前記多孔質支持膜は、逆浸透または正浸透のための中空繊維、平坦シート、らせん巻き膜などであり得る。 WO2017137361 (A1) discloses self-assembled nanostructures formed between transmembrane proteins such as aquaporin water channels (AQPs) and polyalkyleneimines (PAIs). The self-assembled nanostructures are then incorporated into a thin film composite (TFC) membrane implanted in a porous support membrane. The porous support membrane can be a hollow fiber, a flat sheet, a spiral wrap membrane, etc. for reverse osmosis or forward osmosis.

WO2013/043118は、アクアポリン水チャネル(AQP)が膜の活性層に組み込まれている薄膜複合(TFC)膜を開示している。さらに、それは、薄膜複合膜を製造する方法、およびナノ濾過および浸透圧濾過方法などの濾過方法におけるそれらの使用を開示している。TFCメンブレンは、TFC活性層に組み込まれた脂質−AQP/コポリマー−AQPベシクルで構成されている。WO2010/146365は、固定化されたAQPを組み込むためのベシクル形成物質として両親媒性トリブロックコポリマーを使用するTFC−アクアポリン−Z(AqpZ)ろ過膜の調製について記載する。 WO 2013/043118 discloses a thin film composite (TFC) membrane in which aquaporin water channels (AQP) are incorporated into the active layer of the membrane. In addition, it discloses methods for producing thin film composites and their use in filtration methods such as nanofiltration and osmotic filtration methods. The TFC membrane is composed of lipid-AQP / copolymer-AQP vesicles incorporated into the TFC active layer. WO2010 / 146365 describes the preparation of TFC-aquaporin-Z (AqpZ) filtration membranes using amphipathic triblock copolymers as vesicle-forming materials for incorporating immobilized AQP.

WO2014/108827は、アクアポリン水チャネルがTFC層に組み込まれる前に小胞に組み込まれるアクアポリン水チャネルを含む薄膜複合体(TFC)層で修飾された繊維を有する中空繊維(HF)モジュールを開示する。 WO2014 / 108827 discloses a hollow fiber (HF) module having fibers modified with a thin film complex (TFC) layer containing aquaporin water channels that are incorporated into vesicles before the aquaporin water channels are incorporated into the TFC layer.

細胞から大量の膜タンパク質を単離するための工業的方法は、通常、当業者には利用し得ない。従来技術では、研究目的のための比較的少量の膜タンパク質の生産に焦点が当てられてきた。したがって、比較的面倒で労働集約的な製造方法が許容されてきた。しかしながら、逆浸透および正浸透のための工業用膜における膜タンパク質に対する最近のより高い要求により、より効率的な製造方法の必要性が明らかになった。本発明の目的は、膜タンパク質を製造するための方法を提供することであり、この方法は、最終製品の品質を損なうことなく、効率的な方法で比較的大量の膜タンパク質を製造し得る。 Industrial methods for isolating large amounts of membrane proteins from cells are usually not available to those of skill in the art. Previous techniques have focused on the production of relatively small amounts of membrane proteins for research purposes. Therefore, relatively cumbersome and labor-intensive manufacturing methods have been tolerated. However, recent higher demands for membrane proteins in industrial membranes for reverse osmosis and forward osmosis have revealed the need for more efficient production methods. An object of the present invention is to provide a method for producing a membrane protein, which can produce a relatively large amount of membrane protein in an efficient manner without compromising the quality of the final product.

本発明は、膜タンパク質の製造方法に関し、その製造方法は、以下の工程:
a.水性媒体中に存在する宿主生物において膜タンパク質を発現させること、
b.前記宿主生物から前記膜タンパク質を遊離させること、
c.界面活性剤溶液を添加して前記膜タンパク質を可溶化させること、
d.前記可溶化膜タンパク質の液体フラクションを遠心分離による上澄みとして回収すること、
e.クロマトグラフィーによる前記液体フラクションをクロマトグラフィーに供して前記膜タンパク質を固定相上に結合または保持すること、および、
f.溶出バッファーを用いて前記固定相を溶出して前記膜タンパク質を製造すること、
を含み、ここで、工程dの遠心分離を500g〜30,000gで行う。
The present invention relates to a method for producing a membrane protein, and the production method is described in the following steps:
a. Expressing membrane proteins in a host organism present in an aqueous medium,
b. To release the membrane protein from the host organism,
c. To solubilize the membrane protein by adding a detergent solution,
d. Collecting the liquid fraction of the solubilized membrane protein as a supernatant by centrifugation,
e. The chromatographic liquid fraction is subjected to chromatography to bind or retain the membrane protein on a stationary phase, and
f. To produce the membrane protein by eluting the stationary phase with an elution buffer.
Here, the centrifugation of step d is carried out at 500 g to 30,000 g.

本発明の方法は、前記宿主生物を含む大量の水性媒体を取り扱い得るという利点を有する。したがって、前記方法は、パイロットプラントまたは本格的な生産に適した単位操作を適用して、100L以上などの50L以上の量を処理し得る。さらに、この方法はスケールの拡大が可能であり、前記宿主生物を含む大量の水性媒体に容易に適合させ得る。 The method of the present invention has the advantage of being able to handle large amounts of aqueous media containing said host organisms. Therefore, the method can process 50 L or more quantities, such as 100 L or more, by applying unit operations suitable for pilot plants or full-scale production. In addition, this method is scale-enhancing and can be easily adapted to large amounts of aqueous media containing said host organisms.

驚くべきことに、界面活性剤溶液を添加すると、宿主生物によって発現される膜タンパク質が他のタンパク質よりも高度に可溶化されることが本発明者らによって発見された。前記界面活性剤溶液によって形成された小胞中のタンパク質の少なくとも約60%が目的の膜タンパク質であると推定されている。さらに、前記界面活性剤で形成された小胞は、通常よりも大きいサイズ、例えば約0.5μmで観察されており、前記膜タンパク質が、天然で使用される蛍光体脂質よりも界面活性剤とより安定したスーパーフォームを形成することを示唆している。 Surprisingly, we have found that the addition of detergent solutions solubilizes membrane proteins expressed by host organisms to a higher degree than other proteins. It is estimated that at least about 60% of the proteins in the vesicles formed by the detergent solution are the membrane proteins of interest. In addition, the vesicles formed with the surfactant have been observed to be larger than normal, eg, about 0.5 μm, and the membrane protein is more surfactant than the naturally used surfactant lipids. It suggests that it forms a more stable superform.

前記宿主生物を含む水性媒体は、方法において直接使用され得る。しかしながら、より純粋な生成物を得て、過剰量の水性媒体の取り扱いを回避するために、通常、工程aの宿主生物を含む水性媒体は、工程bに従って膜タンパク質の遊離の前に濾過される。 The aqueous medium containing the host organism can be used directly in the method. However, in order to obtain a purer product and avoid handling excess amounts of the aqueous medium, the aqueous medium containing the host organism of step a is usually filtered according to step b prior to release of the membrane protein. ..

一般に、宿主生物を含む水性培地は、細胞が保持されている間、細胞破片および培地が通過するのに十分小さい細孔を有するフィルターを通して濾過することによって濃縮される。適切な実施形態では、工程aの宿主生物を含む水性媒体は、0.5マイクロメートル以下の細孔径を有する精密濾過膜を通して濾過される。好ましくは、細孔径は0.1μm以下である。 Generally, the aqueous medium containing the host organism is concentrated by filtering through a filter with pores small enough for cell debris and medium to pass through while the cells are retained. In a suitable embodiment, the aqueous medium containing the host organism of step a is filtered through a microfiltration membrane having a pore size of 0.5 micrometers or less. Preferably, the pore diameter is 0.1 μm or less.

精密濾過によって適切に実行される濾過工程の後、前記宿主生物は、水性媒体の残りから単離され得る。いくつかの可能な分離方法が可能であるが、前記宿主生物を含む水性媒体の遠心分離による濾過後に宿主生物を単離することが一般に好ましい。前記遠心分離方法は通常、適切な時間内にペレットを形成するG力で実行される。したがって、前記遠心分離は、通常、500g以上、例えば1000g以上、好ましくは2000g以上で行われる。前記ペレットの密度は、後の工程での問題を防ぐために過剰に高くてはならない。したがって、遠心分離は通常、20,000gを超えない、適切には15,000gを超えない、好ましくは8000gを超えないなど、30,000gを超えて行われない。 After a filtration step properly performed by microfiltration, the host organism can be isolated from the rest of the aqueous medium. Although several possible separation methods are possible, it is generally preferred to isolate the host organism after filtration by centrifugation of the aqueous medium containing said host organism. The centrifugation method is usually performed with G-force to form pellets within a suitable time. Therefore, the centrifugation is usually carried out in an amount of 500 g or more, for example, 1000 g or more, preferably 2000 g or more. The density of the pellets should not be excessively high to prevent problems in later steps. Therefore, centrifugation is usually not performed in excess of 30,000 g, such as not exceeding 20,000 g, appropriately not exceeding 15,000 g, preferably not exceeding 8000 g.

前記細胞はペレットとして回収され、前記上澄みは廃棄される。前記単離された宿主生物を等張食塩水で洗浄して汚染塩を溶解し、続いて上記のように遠心分離して前記洗浄された宿主生物を単離することが好ましい。前記上澄みに現れた使用済み洗浄液は廃棄され得る。 The cells are collected as pellets and the supernatant is discarded. It is preferred that the isolated host organism be washed with isotonic saline to dissolve the contaminating salt and then centrifuged as described above to isolate the washed host organism. The used cleaning liquid that appears in the supernatant can be discarded.

洗浄した細胞を含むペレットは、−20℃で凍結保存するか、次の工程で直接使用され得る。適切に、工程bの前に希釈緩衝液を加える。希釈緩衝液は、膜タンパク質の分解を防ぐためのプロテアーゼ阻害剤、pH値を所望の範囲内に維持するためのTRISおよびリン酸塩などのpH調節物質、および/またはEDTAなどのイオンスカベンジャーを含み得る。 Pellets containing washed cells can be cryopreserved at −20 ° C. or used directly in the next step. Appropriately, dilution buffer is added prior to step b. The dilution buffer contains a protease inhibitor to prevent degradation of membrane proteins, pH regulators such as TRIS and phosphate to keep pH values within the desired range, and / or ion scavengers such as EDTA. obtain.

前記膜タンパク質は、いくつかの方法で、好ましくは細胞の化学的または機械的溶解によって、前記宿主生物から遊離され得る。細胞の化学的溶解が適切に行われる場合、溶解水溶液が添加されて、前記宿主生物から前記膜タンパク質を遊離させる。本発明の好ましい態様では、水性溶解緩衝液は、膜タンパク質を同時に可溶化する界面活性剤溶液である。 The membrane protein can be released from the host organism in several ways, preferably by chemical or mechanical lysis of cells. If the cells are properly chemically lysed, a lysing aqueous solution is added to release the membrane protein from the host organism. In a preferred embodiment of the invention, the aqueous lysis buffer is a detergent solution that simultaneously solubilizes membrane proteins.

細胞の溶解および膜タンパク質の可溶化が起こるために、一般に、宿主細胞は、攪拌中に界面活性剤の作用を受け得る。一般に、宿主細胞は、少なくとも1時間、例えば2時間、好ましくは少なくとも6時間、界面活性剤と反応し得る。 Due to cell lysis and membrane protein solubilization, host cells are generally subject to the action of detergents during agitation. In general, the host cell can react with the detergent for at least 1 hour, eg, 2 hours, preferably at least 6 hours.

細胞の機械的溶解が使用される場合、一般に、宿主細胞からの膜タンパク質の遊離は、ホモジナイザーによって行われる。牛乳の均質化には、乳業で使用されているのと同じタイプのホモジナイザーを使用するのが適している。適切な例としては、スタンステッド7575ホモジナイザーが挙げられる。ホモジナイザーで処理した後、細胞は壊れて開き、膜タンパク質を遊離する。 When mechanical lysis of cells is used, the release of membrane proteins from host cells is generally carried out by a homogenizer. For milk homogenization, it is suitable to use the same type of homogenizer used in the dairy industry. A suitable example is the Stansted 7575 homogenizer. After treatment with a homogenizer, the cells break open and release membrane proteins.

膜タンパク質の遊離後、カチオン性凝集剤が添加され得る。カチオン性凝集剤は、とりわけ負に帯電した細胞破片と相互作用し、それによってフロックを形成すると考えられている。本発明の好ましい態様では、カチオン性凝集剤は、SuperflocC581などのポリアミン化合物である。 After the release of the membrane protein, a cationic flocculant can be added. Cationic flocculants are believed to interact with, among other things, negatively charged cell debris, thereby forming flocs. In a preferred embodiment of the invention, the cationic flocculant is a polyamine compound such as Superfloc C581.

フロックの形成は通常、即座には生じない。したがって、カチオン性凝集剤は、穏やかな攪拌中に再懸濁物の細胞部分と反応してフロックを形成することができることが好ましい。通常、カチオン性凝集剤と細胞破片は、室温で攪拌しながら、10分から2時間の間相互作用し得る。 Flock formation usually does not occur immediately. Therefore, it is preferred that the cationic flocculant can react with the cellular portion of the resuspension to form flocs during gentle agitation. Usually, the cationic flocculant and the cell debris can interact for 10 minutes to 2 hours with stirring at room temperature.

細胞の化学的溶解を使用する場合、工程eの液体フラクションは、フロックを含む懸濁液の遠心分離からの上澄みとして回収される。前記膜タンパク質が界面活性剤溶液によって可溶化されると、前記膜タンパク質が上澄みに現れる。 When using chemical lysis of cells, the liquid fraction of step e is recovered as a supernatant from centrifugation of the suspension containing flocs. When the membrane protein is solubilized by the detergent solution, the membrane protein appears in the supernatant.

細胞の機械的溶解が使用される場合、工程eの液体フラクションは、固体フラクションの再懸濁から回収され、固体フラクションは、膜タンパク質を可溶化するための界面活性剤溶液に再懸濁される。本発明の一実施形態では、膜タンパク質を含む細胞断片が凝集剤と相互作用してフロックを形成し、これを遠心分離によって液体から分離することができるという事実のために、固体フラクションが形成される。本発明の別の実施形態において、驚くべきことに、凝集剤を使用せずに、細胞の機械的溶解が使用された場合、ペレット中の膜タンパク質を収集することが可能であることが見出された。遠心分離によって得られたペレットは、前記膜タンパク質を可溶化するために界面活性剤溶液に再懸濁され得る。この工程では、工程eの液体フラクションは、遠心分離によって上澄みとして回収される。 When mechanical lysis of cells is used, the liquid fraction of step e is recovered from the resuspension of the solid fraction and the solid fraction is resuspended in a detergent solution for solubilizing the membrane protein. In one embodiment of the invention, a solid fraction is formed due to the fact that cell fragments containing membrane proteins interact with flocculants to form flocs, which can be separated from the liquid by centrifugation. NS. In another embodiment of the invention, surprisingly, it has been found that it is possible to collect membrane proteins in pellets when mechanical lysis of cells is used without the use of flocculants. Was done. The pellet obtained by centrifugation can be resuspended in a detergent solution to solubilize the membrane protein. In this step, the liquid fraction of step e is recovered as supernatant by centrifugation.

遠心分離方法は通常、適切な時間内にペレットを形成するG力で実行される。したがって、前記遠心分離は、通常、500g以上、例えば1000g以上、好ましくは2000g以上で行われる。前記ペレットの密度は、後の工程での問題を防ぐために過剰に高くてはならない。したがって、遠心分離は通常、20,000gを超えない、適切には10,000gを超えない、好ましくは8,000gを超えないなど、30,000gを超えて行われない。30,000g未満のg力を適用すると、GEA、Tetra Pak、Alfa Laval、SPX Flow Seital Separation Technologyの胞子除去遠心分離機など、乳製品で一般的に使用される清澄剤を使用し得る。本発明において有用な清澄剤はまた、いくつかの製造業者によってバクトフュージと呼ばれ得る。したがって、本発明は、バッチ遠心分離および少量の処理のみが可能である超遠心分離機の適用を省略してもよい。 Centrifugal methods are usually performed with G-force to form pellets in a reasonable amount of time. Therefore, the centrifugation is usually carried out in an amount of 500 g or more, for example, 1000 g or more, preferably 2000 g or more. The density of the pellets should not be excessively high to prevent problems in later steps. Therefore, centrifugation is usually not performed in excess of 30,000 g, such as not exceeding 20,000 g, appropriately not exceeding 10,000 g, preferably not exceeding 8,000 g. When a g-force of less than 30,000 g is applied, a clarifying agent commonly used in dairy products can be used, such as a spore removal centrifuge for GEA, Tetra Pak, Alfa Laval, SPX Flow Seatal Separation Technology. Clarifying agents useful in the present invention may also be referred to by some manufacturers as Bactofuge. Therefore, the present invention may omit the application of ultracentrifuges, which are capable of batch centrifugation and only small amounts of treatment.

本発明で使用される洗剤としては、n−ドデシル−β−D−マルトピラノシド(DDM)、n−デシル−β−D−マルトピラノシド(DM)、または5−シクロヘキシルペンチルβ−D−マルトシド(Cymal− 5)などの、アルキルマルトピラノシド;n−オクチル−β−D−グルコピラノシド(OG)などのアルキルグルコピラノシド;n−ラウリルジメチルアミンN−オキシド(LDAO)などのアミンオキシド;n−ドデシルホスホコリン(FC−12)、n−テトラデシルホスホコリン(FC−14)、またはn−ヘキサデシルホスホコリン(FC−16)などのホスホコリン;もしくは、ポリオキシエチレングリコールが挙げられる。本発明の適切な実施形態では、前記界面活性剤は、ラウリルジメチルアミンN−オキシド(LDAO)、オクチルグルコシド(OG)、ドデシルマルトシド(DDM)またはそれらの組み合わせからなる群の中から選択される。LDAOは、大きくて安定したベシクルが生成されるため、好ましい界面活性剤であり、界面活性剤が天然に存在するリン脂質を置換できることを示唆している。 Detergents used in the present invention include n-dodecyl-β-D-maltopyranoside (DDM), n-decyl-β-D-maltopyranoside (DM), or 5-cyclohexylpentyl β-D-maltoside (Cymal-5). ) And the like; alkyl glucopyranosides such as n-octyl-β-D-glucopyranoside (OG); amine oxides such as n-lauryldimethylamine N-oxide (LDAO); n-dodecylphosphocholine (FC) -12), phosphocholine such as n-tetradecylphosphocholine (FC-14), or n-hexadecylphosphocholine (FC-16); or polyoxyethylene glycol. In a suitable embodiment of the invention, the surfactant is selected from the group consisting of lauryldimethylamine N-oxide (LDAO), octyl glucoside (OG), dodecyl maltoside (DDM) or a combination thereof. .. LDAO is a preferred surfactant because it produces large and stable vesicles, suggesting that it can replace naturally occurring phospholipids.

液体フラクションは、膜タンパク質が固定相に結合または保持されるクロマトグラフィー方法にかけられる。クロマトグラフィーのタイプは、アフィニティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、置換クロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィーなどとして選択され得る。通常、クロマトグラフィー方法は、膜タンパク質の精製を形成するための分析クロマトグラフィーとは対照的な分取クロマトグラフィーである。 The liquid fraction is subjected to a chromatographic method in which the membrane protein is bound or retained in the stationary phase. The type of chromatography can be selected as affinity chromatography, ion exchange chromatography, size exclusion chromatography, substitution chromatography, liquid chromatography, high performance liquid chromatography, reverse phase chromatography, hydrophobic interaction chromatography and the like. Chromatography methods are usually preparative chromatography as opposed to analytical chromatography to form the purification of membrane proteins.

現在好ましい実施形態では、クロマトグラフィー法は、アフィニティークロマトグラフィーとして選択され、それによれば、親和性ペアの第1の部分は膜タンパク質に関連付けられ、親和性ペアの第2の部分は固定相に関連付けられる。固定相の例としては、ビーズやカラム材料が挙げられる。本発明の好ましい実施形態では、親和性ペアの第2の部分に関連する固定相がカラムに存在する。通常、前記親和性ペアの部分は、前記膜タンパク質または前記固定相への共有結合に関連している。しかしながら、ハイブリダイゼーション、抗体−抗原相互作用を介した親和性結合などの他のタイプの会合でもあり得る。 In a currently preferred embodiment, the chromatography method is selected as affinity chromatography, wherein the first portion of the affinity pair is associated with the membrane protein and the second portion of the affinity pair is associated with the stationary phase. Be done. Examples of stationary phases include beads and column materials. In a preferred embodiment of the invention, a stationary phase associated with the second portion of the affinity pair is present on the column. Usually, the portion of the affinity pair is associated with a covalent bond to the membrane protein or the stationary phase. However, it can also be other types of associations such as hybridization, affinity binding via antibody-antigen interactions.

本発明に適用可能な多くの親和性ペアが当業者に知られており、ビオチン−ストレプトアビジンペア、抗体−抗原ペア、抗体−ハプテンペア、アプタマー親和性ペア、捕捉タンパク質ペア、Fc受容体−IgGペア、金属キレート脂質ペア、金属キレート脂質−ヒスチジン(HIS)タグ付きタンパク質ペア、またはそれらの組み合わせが挙げられる。現在好ましい実施形態では、前記親和性ペアは、金属キレート脂質−ヒスチジン(HIS)タグ付きタンパク質ペアである。 Many affinity pairs applicable to the present invention are known to those skilled in the art and are biotin-streptavidin pairs, antibody-antigen pairs, antibody-haptempene pairs, aptamer affinity pairs, capture protein pairs, Fc receptor-IgG pairs. , Metal chelated lipid pairs, metal chelated lipid-histidine (HIS) tagged protein pairs, or combinations thereof. In a currently preferred embodiment, the affinity pair is a metal chelating lipid-histidine (HIS) tagged protein pair.

前記金属は通常、固定化金属アフィニティークロマトグラフィー(IMAC)と呼ばれる技術でカラム材料に固定化される。金属は通常、Cu(II)またはNi(II)、好ましくはNi(II)として選択される。Ni−NTAレジンを使用すると、Hisタグ付きタンパク質を自動または手動で精製され得る。適切な固定相は、GEヘルスケアの「CaptoChelating」、またはGEヘルスケアのHisTrap Gelろ過材料(Ni Sepharose 6 Fast Flow)である。 The metal is usually immobilized on the column material by a technique called immobilized metal affinity chromatography (IMAC). The metal is usually selected as Cu (II) or Ni (II), preferably Ni (II). Ni-NTA resins can be used to purify His-tagged proteins automatically or manually. Suitable stationary phases are GE Healthcare's "CaptoCharating" or GE Healthcare's HisTrap Gel filtration material (Ni Sepharose 6 Fast Flow).

ヒスチジンタグである親和性ペアの第1の部分は、通常、膜タンパク質のC末端に結合されている。前記ヒスチジンタグは、通常6つの連続するヒスチジンアミノ酸を含むが、本発明では、ヒスチジンタグが8つ以上のヒスチジン分子を含むことが好ましい。前記ヒスチジンタグ中のヒスチジンアミノ酸の数が多いため、特異的結合タンパク質と非特異的結合タンパク質を効果的に分離し得る。 The first portion of the affinity pair, which is a histidine tag, is usually attached to the C-terminus of the membrane protein. The histidine tag usually contains 6 consecutive histidine amino acids, but in the present invention, it is preferable that the histidine tag contains 8 or more histidine molecules. Due to the large number of histidine amino acids in the histidine tag, specific binding proteins and non-specific binding proteins can be effectively separated.

前記膜タンパク質を含む液体フラクションをカラムに添加した後、液体は重力または圧力によって樹脂に浸透し得る。適切に、前記溶出緩衝液はイミダゾールを含む。前記イミダゾールは、前記樹脂に固定化された前記金属イオンへのHisタグの結合と相互作用する能力を有している。イミダゾールの特定の濃度で、前記Hisタグ付き膜タンパク質が遊離する。 After adding the liquid fraction containing the membrane protein to the column, the liquid can penetrate the resin by gravity or pressure. Appropriately, the elution buffer comprises imidazole. The imidazole has the ability to interact with the binding of His tags to the metal ions immobilized on the resin. At a specific concentration of imidazole, the His-tagged membrane protein is released.

非特異的結合膜タンパク質を目的の膜タンパク質から分離するために、一般に、溶出緩衝液で溶出する前のカラムを、溶出緩衝液中の濃度のイミダゾールの40%以下を含む洗浄緩衝液で洗浄する。前記溶出バッファー中のイミダゾールの濃度は、一般に200mMから2000mMのイミダゾールの範囲です。本発明の好ましい実施形態において、溶出緩衝液中のイミダゾールの濃度は、400mM以上である。前記Hisタグ付き膜タンパク質のより効果的な溶出を得るために、バッファー中のイミダゾールの濃度は通常600mMまたは800mM以上である。 To separate non-specific binding membrane proteins from the membrane protein of interest, the column prior to elution with elution buffer is generally washed with a wash buffer containing 40% or less of the concentration of imidazole in the elution buffer. .. The concentration of imidazole in the elution buffer is generally in the range of 200 mM to 2000 mM imidazole. In a preferred embodiment of the present invention, the concentration of imidazole in the elution buffer is 400 mM or more. To obtain a more effective elution of the His-tagged membrane protein, the concentration of imidazole in the buffer is typically 600 mM or 800 mM or higher.

ほとんどの用途では、Hisタグは一般にタンパク質の構造、機能、免疫原性にほとんど影響を与えない。ただし、特定の用途では、膜分子をカラムに結合する機能を果たした後、Hisタグを削除することが望ましくあり得る。前記Hisタグは、膜タンパク質とHisタグの間に切断可能なリンクを導入することで除去され得る。適切な切断可能なリンクとしては、pH感受性リンカー、ジスルフィドリンカー、プロテアーゼ感受性リンカー、およびベータグルクロニドリンカーが挙げられる。 For most applications, His tags generally have little effect on protein structure, function, or immunogenicity. However, in certain applications, it may be desirable to remove the His tag after performing the function of binding the membrane molecule to the column. The His tag can be removed by introducing a cleavable link between the membrane protein and the His tag. Suitable cleavable links include pH sensitive linkers, disulfide linkers, protease sensitive linkers, and beta glucuronide linkers.

膜タンパク質は、その自然環境において、胆汁膜全体、すなわち細胞の内部から細胞外空間に及ぶ。膜貫通タンパク質の多くは特定の物質のゲートウェイとして機能し、それによって細胞の内部と細胞外液の間でこれらの物質の交換を可能にする。膜貫通タンパク質の特徴は、疎水性領域の存在であり、これにより膜貫通タンパク質が膜に確実に組み込まれる。前記膜貫通タンパク質はさらに、中空繊維領域の両側に親水性セグメントを有し、前記親水性セグメントは、それぞれ、細胞の内部および細胞外液に向けられている。 Membrane proteins extend from the entire bile membrane, the inside of the cell, to the extracellular space in its natural environment. Many transmembrane proteins act as gateways for specific substances, thereby allowing the exchange of these substances between the inside of the cell and the extracellular fluid. A characteristic of transmembrane proteins is the presence of hydrophobic regions, which ensure that transmembrane proteins are integrated into the membrane. The transmembrane protein further has hydrophilic segments on either side of the hollow fiber region, which are directed to the intracellular and extracellular fluids, respectively.

本発明に従って任意の膜タンパク質を生成できると考えられているが、一般に、この方法を使用して、イオン(イオンチャネル)および水(アクアポリン水チャネル)を輸送する膜タンパク質を生成することが望ましい。イオンチャネルとしては、塩化物チャネルと金属イオントランスポーターが挙げられる。塩化物イオンに加えて、特定の塩化物チャネルもHCO 、I、SCN、およびNO を伝導する。前記金属イオン輸送体としては、マグネシウム輸送体、カリウムイオンチャネル、ナトリウムイオンチャネル、カルシウムチャネル、プロトンチャネルなどが挙げられる。本発明の特定の実施形態では、前記膜タンパク質は、外膜タンパク質A(OmpA)である。 Although it is believed that any membrane protein can be produced according to the present invention, it is generally desirable to use this method to produce a membrane protein that transports ions (ion channels) and water (aquaporin water channels). Ion channels include chloride channels and metal ion transporters. In addition to the chloride ion, the particular chloride channels also HCO 3 -, I -, SCN -, and NO 3 - and conducts. Examples of the metal ion transporter include magnesium transporters, potassium ion channels, sodium ion channels, calcium channels, proton channels and the like. In certain embodiments of the invention, the membrane protein is outer membrane protein A (OmpA).

本発明の好ましい実施形態では、前記膜タンパク質はアクアポリン水チャネルである。アクアポリンの水チャネルは、細胞内外への水の輸送を促進する。工業用膜において、前記アクアポリンの水チャネルが浸透によって水の流れを確保するが、溶液中の他の成分は排除される。アクアポリン水チャネルなどの膜タンパク質は、原核生物および真核生物などのさまざまな供給源から発散し得る。アクアポリンの原核生物源としては、E.coli、Kyrpidia spormannii、Methanothermobacter sp.、Novibacillus thermophilus、Saccharomyces cerevisiae、およびHalomonas spが挙げられる。アクアポリンの真核生物源には、Oryza sativa Japonica(日本米)、Eucalyptus grandis、Solanum tuberosum(デンマークのジャガイモ)、およびMilnesium tardigradum(クマムシ)が挙げられる。 In a preferred embodiment of the invention, the membrane protein is an aquaporin water channel. Aquaporin water channels facilitate the transport of water into and out of cells. In industrial membranes, the water channels of the aquaporin ensure water flow by permeation, but other components in the solution are excluded. Membrane proteins such as aquaporin water channels can emanate from a variety of sources such as prokaryotes and eukaryotes. As a prokaryotic source of aquaporin, E.I. colli, Kyrpidia spormannii, Methanothermovator sp. , Novivacillus thermophilus, Saccharomyces cerevisiae, and Halomonas sp. Eukaryotic sources of aquaporin include Oryza sativa Japanica (Japanese rice), Eucalyptus grandis, Solanum tuberosum (Denmark potato), and Milnesium tardigradum (tardigrade).

ソース生物からの膜タンパク質の核配列は、一般に、宿主生物での発現を改善するためにGeneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)のサービスを使用してコドン最適化される。得られた遺伝子は、ヒスチジンをコードするコドンをC末端に付加し、隣接する制限部位をN末端およびC末端に付加することで適切に合成される。前記合成遺伝子フラグメントは、制限酵素で消化され、ベクターフラグメントにライゲーションされ得る。得られたライゲーション混合物は、好ましくは、Escherichia coli DH10Bなどの生物に形質転換される。抗生物質耐性形質転換体は、抗生物質を有する培地上で適切に選択される。形質転換体は、遺伝子構築物の配列決定によって確認された。続いて、単離されたベクターDNAを生産宿主に移した。生産宿主は、Escherichia coliおよびSaccharomyces cerevisiaeなどのいくつかの適切な原核生物または真核生物の中から選択され得る。 The nuclear sequences of membrane proteins from the source organism are generally codon-optimized using the services of Geneart (a subsidiary of Thermo Fisher Scientific) to improve expression in the host organism. The obtained gene is appropriately synthesized by adding a codon encoding histidine to the C-terminal and adding adjacent restriction sites to the N-terminal and C-terminal. The synthetic gene fragment can be digested with a restriction enzyme and ligated into a vector fragment. The resulting ligation mixture is preferably transformed into an organism such as Escherichia coli DH10B. Antibiotic resistant transformants are appropriately selected on media with antibiotics. Transformants were confirmed by sequencing the gene construct. Subsequently, the isolated vector DNA was transferred to the production host. The production host can be selected from several suitable prokaryotes or eukaryotes such as Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae.

前記宿主生物は一般に、通常よりも大量に天然の膜タンパク質を発現するように、または非天然の膜タンパク質を発現するように操作される。膜タンパク質を発現する1つの方法は、上記のように、膜タンパク質をコードするDNAを含むベクターで宿主生物を形質転換することによるものであり得る。膜タンパク質の過剰発現を得るための他の可能性は、例えば、リプレッサーを弱めるか、または適切なプロモーター領域の挿入によって、天然の膜タンパク質の発現を上方調節することによるであろう。非天然タンパク質の発現を得るためのさらなる可能性は、膜タンパク質をコードする核酸を含むウイルスまたはバクテリオファージで宿主生物を導入することであろう。 The host organism is generally engineered to express more naturally occurring membrane proteins than normal, or to express non-natural membrane proteins. One method of expressing a membrane protein can be by transforming the host organism with a vector containing the DNA encoding the membrane protein, as described above. Another possibility for obtaining overexpression of membrane proteins would be, for example, by weakening the repressor or upregulating the expression of native membrane proteins by inserting appropriate promoter regions. A further possibility for obtaining expression of an intrinsically disordered protein would be to introduce the host organism with a virus or bacteriophage containing a nucleic acid encoding a membrane protein.

実施例1
大腸菌株BL21は、C末端でHisタグに連結されたアクアポリンタンパク質を産生するベクターを含むように調製される。前記Hisタグには、アクアポリン膜タンパク質の一次配列に結合した10個の連続したヒスチジン分子が含まれている。
Example 1
E. coli strain BL21 is prepared to contain a vector that produces an aquaporin protein linked to a His tag at the C-terminus. The His tag contains 10 contiguous histidine molecules attached to the primary sequence of aquaporin membrane proteins.

前記大腸菌株を標準培地で培養し、総発酵液150Lを得る。前記大腸菌細胞を、0.05μmの細孔径を持つ精密ろ過膜で発酵ブロスをろ過することにより回収した。前記大腸菌細胞を含むろ液を約50Lに減らした後、5300gにて20分間遠心分離する。したがって、前記大腸菌細胞は精密濾過によって高濃度にされ、残りの培地はその後遠心分離によって上澄みとして除去される。 The Escherichia coli strain is cultured in a standard medium to obtain 150 L of total fermentation broth. The E. coli cells were recovered by filtering the fermentation broth with a microfiltration membrane having a pore size of 0.05 μm. After reducing the filtrate containing the E. coli cells to about 50 L, centrifuge at 5300 g for 20 minutes. Therefore, the E. coli cells are concentrated by microfiltration and the remaining medium is then removed as supernatant by centrifugation.

遠心分離によって得られたペレットを収集し、1:1容量の0.9%塩化ナトリウムを加えて細胞を洗浄し、汚染塩を溶解する。続いて、洗浄液を5300gにて20分間運転する遠心分離機で除去する。上澄みを廃棄し、洗浄した細胞をペレットとして収集した。ペレットは−20℃で凍結保存するか、次の工程で直接使用し得る。 The pellet obtained by centrifugation is collected, and 1: 1 volume of 0.9% sodium chloride is added to wash the cells and dissolve the contaminating salt. Subsequently, the cleaning liquid is removed by a centrifuge running at 5300 g for 20 minutes. The supernatant was discarded and the washed cells were collected as pellets. The pellet can be cryopreserved at −20 ° C. or used directly in the next step.

大腸菌細胞を含むペレットを、結合緩衝液として使用される約47LのTRIS緩衝液に可溶化した。約1時間撹拌した後、6.4Lの界面活性剤(5%LDAO)を加えて可溶化し、最終濃度を0.6%とした。混合物を穏やかに攪拌しながら室温で一晩インキュベートした。界面活性剤を含む緩衝液に細胞を再懸濁することにより、細胞溶解が起こった。細胞溶解により、膜タンパク質は細胞の内膜から遊離し、界面活性剤によって可溶化される。 Pellets containing E. coli cells were solubilized in approximately 47 L TRIS buffer used as binding buffer. After stirring for about 1 hour, 6.4 L of surfactant (5% LDAO) was added to solubilize the mixture to a final concentration of 0.6%. The mixture was incubated overnight at room temperature with gentle stirring. Cytolysis occurred by resuspending the cells in a buffer containing a detergent. Cytolysis releases the membrane protein from the inner membrane of the cell and solubilizes it with a detergent.

負に帯電した細胞材料を除去するために、ポリアミン(Superfloc C581)を427mLの容量で添加した。混合物を室温で撹拌しながら30分間インキュベートして、細胞破片、DNA、RNA、およびある程度のタンパク質などの負に帯電した分子を凝固させた。界面活性剤によって可溶化された膜タンパク質は水相に残存する。混合物を最高速度5300gにて15分間遠心分離する。細胞破片、DNA、RNA、可溶化タンパク質を含むペレットを廃棄し、上澄みを回収する。上澄みを107Lの希釈緩衝液を含む容器に移し、0.2%LDAOの最終濃度で160Lの最終容量を得る。 To remove negatively charged cell material, polyamines (Superfloc C581) were added in a volume of 427 mL. The mixture was incubated for 30 minutes with stirring at room temperature to coagulate negatively charged molecules such as cell debris, DNA, RNA, and some proteins. Membrane proteins solubilized by detergents remain in the aqueous phase. The mixture is centrifuged at a maximum speed of 5300 g for 15 minutes. Discard the pellet containing cell debris, DNA, RNA and solubilized protein and collect the supernatant. The supernatant is transferred to a container containing 107 L of dilution buffer to obtain a final volume of 160 L at a final concentration of 0.2% LDAO.

GEヘルスケアのアフィニティーレジン「CaptoChelating」を含むカラムを準備する。レジンには、His10タグに結合するNi2+が帯電している。カラムに希釈した上澄みをロードし、続いて200mMイミダゾールを含む10カラム容量の洗浄バッファーで洗浄して非特異的結合成分を洗い流した。続いて、水性1000mMイミダゾールの2.5カラム容量の溶出バッファーを使用して、カラムから膜タンパク質を放出した。カラムから溶出したタンパク質をドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)でテストしたところ、主に単一のバンドが示され、純度が80%を超えていた。 Prepare a column containing the GE Healthcare affinity resin "CaptoChelating". The resin is charged with Ni 2+ that binds to the His10 tag. The column was loaded with diluted supernatant, followed by washing with a 10 column volume wash buffer containing 200 mM imidazole to wash away non-specific binding components. Subsequently, a 2.5 column volume elution buffer of aqueous 1000 mM imidazole was used to release the membrane protein from the column. Proteins eluted from the column were tested by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and showed predominantly a single band with a purity greater than 80%.

実施例2
大腸菌株BL21は、C末端でHisタグに連結されたアクアポリンタンパク質を産生するベクターを含むように調製される。前記Hisタグには、アクアポリン膜タンパク質の一次配列に結合した10個の連続したヒスチジン分子が含まれている。
Example 2
E. coli strain BL21 is prepared to contain a vector that produces an aquaporin protein linked to a His tag at the C-terminus. The His tag contains 10 contiguous histidine molecules attached to the primary sequence of aquaporin membrane proteins.

前記大腸菌株を標準培地で培養し、総発酵液250Lを得る。前記大腸菌細胞は、0.05μmの孔径を有するPESフラットシートメンブレンを通して発酵ブロスを濾過することによって収集された。前記大腸菌細胞を含む濾液を約50Lに減らし、続いてSorvall 16L遠心分離機を用いて5300gにて20分間遠心分離する。したがって、前記大腸菌細胞は精密濾過によって高濃度にされ、残りの培地はその後遠心分離によって上澄みとして除去される。ペレットは−20℃で凍結保存するか、次の工程で直接使用され得る。 The Escherichia coli strain is cultured in a standard medium to obtain 250 L of total fermentation broth. The E. coli cells were collected by filtering the fermentation broth through a PES flat sheet membrane with a pore size of 0.05 μm. The filtrate containing the E. coli cells is reduced to about 50 L and then centrifuged at 5300 g for 20 minutes using a Sorvall 16 L centrifuge. Therefore, the E. coli cells are concentrated by microfiltration and the remaining medium is then removed as supernatant by centrifugation. The pellet can be cryopreserved at −20 ° C. or used directly in the next step.

前記大腸菌細胞を含むペレットを約50Lのバッファー(プロテアーゼ阻害剤PMSFおよびEDTAの水溶液)に再懸濁し、Stansted nm−GEN7575ホモジナイザーを用いて1000バールにてホモジナイズした。目的の細胞材料を分離するために、ポリアミン(Superfloc C581)を12 ml/Lの濃度で添加する。温度は約10〜15℃に維持された。混合物を室温で撹拌しながら30分間インキュベートした。混合物を最高速度5300gにて30分間遠心分離した。ペレットには膜タンパク質が含まれており、上澄みを廃棄する。 The pellet containing the E. coli cells was resuspended in about 50 L of buffer (aqueous solution of protease inhibitors PMSF and EDTA) and homogenized at 1000 bar using a Standed nm-GEN7575 homogenizer. Polyamines (Superfloc C581) are added at a concentration of 12 ml / L to separate the cell material of interest. The temperature was maintained at about 10-15 ° C. The mixture was incubated for 30 minutes with stirring at room temperature. The mixture was centrifuged at a maximum speed of 5300 g for 30 minutes. The pellet contains membrane protein and the supernatant is discarded.

ペレットを0.9%塩化ナトリウム溶液に再懸濁して、総タンパク質濃度を約50mg/mlとした。膜タンパク質の可溶化は、28LのTRIS結合バッファーと4.5リットルの5%LDAOを5Lの再懸濁ペレット材料に加えることによって実行した。室温で穏やかに攪拌しながら、混合物を2〜24時間インキュベートした。 The pellet was resuspended in 0.9% sodium chloride solution to a total protein concentration of about 50 mg / ml. Membrane protein solubilization was performed by adding 28 L of TRIS binding buffer and 4.5 liters of 5% LDAO to 5 L of resuspended pellet material. The mixture was incubated for 2-24 hours with gentle stirring at room temperature.

可溶化方法の後、混合物を2Lの容器内で5300gにて90分間遠心分離した。上澄みを回収し、希釈バッファーを加えてLDAO濃度を0.2%に調整した。 After the solubilization method, the mixture was centrifuged in a 2 L container at 5300 g for 90 minutes. The supernatant was collected and a dilution buffer was added to adjust the LDAO concentration to 0.2%.

GEヘルスケアのアフィニティーレジン「CaptoChelating」を含むカラムを準備する。レジンには、His10タグに結合するNi2+が帯電している。カラムを、0.2%LDAOを含む結合バッファーをロードすることによって平衡化した。続いて、カラムに希釈した上澄みをロードし、200mMイミダゾールを含む10カラム容量の洗浄バッファーで洗浄して、非特異的結合成分を洗い流した。続いて、水性1000mMイミダゾールの2.5カラム容量の溶出バッファーを使用して、カラムから膜タンパク質を放出する。カラムから溶出されたタンパク質は、ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)クロマトグラフィーによってテストされ、95%を超える純度を示す単一のバンドのみが示された。 Prepare a column containing the GE Healthcare affinity resin "CaptoChelating". The resin is charged with Ni 2+ that binds to the His10 tag. The column was equilibrated by loading a binding buffer containing 0.2% LDAO. Subsequently, the diluted supernatant was loaded onto a column and washed with a 10 column volume wash buffer containing 200 mM imidazole to wash away non-specific binding components. Subsequently, a 2.5 column volume elution buffer of aqueous 1000 mM imidazole is used to release the membrane protein from the column. Proteins eluted from the column were tested by sodium dodecylsulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) chromatography and showed only a single band showing a purity greater than 95%.

実施例3
大腸菌株BL21は、C末端でHisタグに連結されたアクアポリンタンパク質を産生するベクターを含むように調製される。前記Hisタグには、アクアポリン膜タンパク質の一次配列に結合した10個の連続したヒスチジン分子が含まれている。
Example 3
E. coli strain BL21 is prepared to contain a vector that produces an aquaporin protein linked to a His tag at the C-terminus. The His tag contains 10 contiguous histidine molecules attached to the primary sequence of aquaporin membrane proteins.

前記大腸菌株を標準培地で培養して、250Lの総発酵ブロスを得る。前記発酵バッチは、収穫時にOD600 13を有し、42.5時間誘導された。スタンステッドnm−GEN7575ホモジナイザーを用いて100MPaにて2回、材料をホモジナイズした。溶解した材料から10mLを取り出し、15mLのファルコンチューブに添加した。 The E. coli strain is cultured in standard medium to obtain 250 L of total fermentation broth. The fermentation batch had OD600 13 at harvest and was induced for 42.5 hours. The material was homogenized twice at 100 MPa using a Stansted nm-GEN7575 homogenizer. 10 mL was removed from the dissolved material and added to a 15 mL Falcon tube.

次に5300gにて1時間遠心分離を行い、ペレットを上澄みから分離した。次にペレットを10mLの0.9%NaClに再懸濁した。BCAアッセイを使用して、最初のスピン後に再懸濁したペレットと分離した上澄みの濃度(mg/mL総タンパク質)を決定した。 The pellet was then separated from the supernatant by centrifugation at 5300 g for 1 hour. The pellet was then resuspended in 10 mL of 0.9% NaCl. The BCA assay was used to determine the concentration (mg / mL total protein) of the supernatant separated from the pellet resuspended after the first spin.

再懸濁したペレットと分離した上澄みを最終的に0.6%LDAOに2時間可溶化し(Carbosynthの5%LDAOストック120μLを1mLの材料に使用)、5300Gにて15分間再度遠心分離した。再度、上澄みをペレットから分離した。LDAOを含まない結合バッファーにペレットを再懸濁した(再び最大1mL)。 The supernatant separated from the resuspended pellet was finally solubilized in 0.6% LDAO for 2 hours (120 μL of Carbosynth's 5% LDAO stock was used in 1 mL of material) and centrifuged again at 5300 G for 15 minutes. Again, the supernatant was separated from the pellet. The pellet was resuspended in a LDAO-free binding buffer (again up to 1 mL).

すべてのサンプルをSDS−gelで分析したところ、上澄み中のタンパク質の約60%がアクアポリン膜タンパク質であることが明らかとなった。 Analysis of all samples with SDS-gel revealed that approximately 60% of the protein in the supernatant was aquaporin membrane protein.

実施例4
実施例2のアクアポリンZの精製に続いて、LDAO中の可溶化タンパク質のサイズ分布を測定した。
Example 4
Following the purification of aquaporin Z in Example 2, the size distribution of solubilized proteins in LDAO was measured.

タンパク質を含む場合と含まない場合の同じ溶出バッファー間で比較を行い、粒子サイズ分布がバッファー成分(界面活性剤を含む)または膜タンパク質の影響を受けているかを評価した。 Comparisons were made between the same elution buffers with and without protein to assess whether the particle size distribution was affected by buffer components (including surfactants) or membrane proteins.

前記アクアポリンZタンパク質は、1000mMイミダゾールと0.2%w/vLDAOを含む溶出バッファーを使用してIMACカラムから溶出した。精製されたタンパク質を、アミノ酸分析によってそのタンパク質濃度について測定した。溶出バッファー中の6.44mg/mLの透明な可溶化タンパク質を、3つの異なるキュベット(Sarstedt、4mL、PMMA、ca.no.67.755、ニュームブレヒト、ドイツ)にロードして、(Malvern Instruments Ltd.、Malvern UK)MalvernZetasizerソフトウェアv.7.02を使用してMalvern ZetasizerNano−ZSでサイズ分布を分析した。表1に示されている結果は、3回実行されたサンプルの平均である。 The aquaporin Z protein was eluted from the IMAC column using an elution buffer containing 1000 mM imidazole and 0.2% w / vLDAO. The purified protein was measured for its protein concentration by amino acid analysis. 6.44 mg / mL clear solubilized protein in elution buffer was loaded into three different cuvettes (Sarthtedt, 4 mL, PMMA, ca.no. 67.755, Nümbrecht, Germany) and (Malvern Instruments Ltd.). Malvern UK) Malvern Germany software v. The size distribution was analyzed with Malvern Zethasizer Nano-ZS using 7.02. The results shown in Table 1 are the average of the samples performed three times.

Figure 2021519800
Figure 2021519800

溶出バッファーサンプル(タンパク質なし)には、8.6nm以下のサイズの粒子の97.9%の個体群分布が含まれており、精密ろ過によって保持される大きな界面活性剤ミセルが溶液中に存在しないことを示している。タンパク質を含むサンプル中の粒子の81.4%は108nm以上のサイズを示し、それによってタンパク質と界面活性剤の存在が一緒になって精密ろ過中に保持される大きな可溶性粒子を形成することを示している。驚くべきことに、この実験は、LDAOミセルと膜タンパク質で構成される大きくて安定した粒子が生成されることを示している。 The elution buffer sample (without protein) contains a 97.9% population distribution of particles with a size of 8.6 nm or less, and the large detergent micelles retained by microfiltration are absent in solution. It is shown that. 81.4% of the particles in the sample containing the protein show a size of 108 nm or greater, indicating that the presence of the protein and detergent together form large soluble particles that are retained during microfiltration. ing. Surprisingly, this experiment shows that large, stable particles composed of LDAO micelles and membrane proteins are produced.

実施例5
大腸菌におけるOryza sativa Japonica(日本米)からのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用したその精製
Oryza sativa Japonica(UNIPROT:A3C132)のアクアポリンをコードする遺伝子は、大腸菌での発現を改善するためにGeneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用してコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI/XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Oryza_sativa_Japonica)。合成遺伝子フラグメントをNdeI/XhoI制限酵素で消化し、NdeI/XhoIで消化および精製したベクターpUP1909フラグメントにライゲーションした。得られたライゲーション混合物をEscherichiacoliDH10Bに形質転換し、カナマイシンを含むLB寒天プレート上でカナマイシン耐性形質転換体を選択した。形質転換体は、遺伝子構築物の配列決定によって確認された。続いて、単離されたベクターDNAを生産宿主であるEscherichia coli BL21に移した。
Example 5
Expression of histidine-tagged aquaporin from Oryza sativa Japonica (US) in Escherichia coli and its purification using IMAC The gene encoding the aquaporin of Oryza sativa Japonica (UNIPROT: A3C132) is used to improve expression in Escherichia coli. (A subsidiary of Thermo Fisher Scientific) Codon-optimized using the service. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and C-terminal, respectively, together with an NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Oryza_sativa_Japanica). Synthetic gene fragments were digested with NdeI / XhoI restriction enzymes and ligated into vector pUP1909 fragments digested and purified with NdeI / XhoI. The resulting ligation mixture was transformed into Escherichiacoli DH10B and kanamycin resistant transformants were selected on LB agar plates containing kanamycin. Transformants were confirmed by sequencing the gene construct. Subsequently, the isolated vector DNA was transferred to the production host Escherichia coli BL21.

大腸菌においてアクアポリンを異種発現させるために、30g/Lグリセロール、6g/L(NHHPO、3g/L KHPO、5g/L NaCl、0.25g/L MgSO・7HO、0.4g/Lクエン酸鉄(III)および1mL/L滅菌ろ過微量金属溶液からなる最小培地で生産宿主を増殖させた。前記微量金属溶液は、1g/L EDTA、0.8g/L CoCl・6HO、1.5 MnCl・4HO、0.4g/L CuCl・2HO、0.4g/L HBO、0.8g/L NaMoO・2HO、1.3g/L Zn(CHCOO)・2HOからなる。接種および一晩の増殖後、さらに0.25g/LのMgSO・7HOを加えた。 Aquaporins in order to heterologous expression in E. coli, 30 g / L glycerol, 6g / L (NH 4) 2 HPO 4, 3g / L KH 2 PO 4, 5g / L NaCl, 0.25g / L MgSO 4 · 7H 2 O The production host was grown in a minimal medium consisting of 0.4 g / L iron citrate (III) and 1 mL / L sterile filtered trace metal solution. The trace metals solution, 1g / L EDTA, 0.8g / L CoCl 2 · 6H 2 O, 1.5 MnCl 2 · 4H 2 O, 0.4g / L CuCl 2 · 2H 2 O, 0.4g / L H 3 BO 3, 0.8g / L Na 2 MoO 4 · 2H 2 O, made of 1.3g / L Zn (CH 3 COO ) 2 · 2H 2 O. After inoculation and overnight growth, further addition of MgSO 4 · 7H 2 O of 0.25 g / L.

大腸菌は、バッチ発酵方法でez−Controlを備えた3L ApplikonBioreactorsで培養された。IPTGを最終濃度0.5mM、光学密度(OD 600nm)約30で添加することによりタンパク質産生を誘導した。培養物を約24時間誘導し、細菌細胞を5300gで20分間の遠心分離で回収した。 E. coli was cultivated in 3L Applicon Bioreactors equipped with ez-Control by a batch fermentation method. Protein production was induced by adding IPTG at a final concentration of 0.5 mM and an optical density (OD of 600 nm) of about 30. Cultures were induced for about 24 hours and bacterial cells were harvested by centrifugation at 5300 g for 20 minutes.

大腸菌細胞を含むペレットをバッファー(プロテアーゼ阻害剤PMSFおよびEDTAの水溶液)に再懸濁し、Stansted nm−GEN7575ホモジナイザーを用いて1000バールにてホモジナイズした。温度は約10〜15℃に維持した。混合物を最高速度5300gにて30分間遠心分離した。ペレットには膜タンパク質が含まれており、上澄みを廃棄する。 Pellets containing E. coli cells were resuspended in a buffer (aqueous solution of protease inhibitors PMSF and EDTA) and homogenized at 1000 bar using a Standed nm-GEN7575 homogenizer. The temperature was maintained at about 10-15 ° C. The mixture was centrifuged at a maximum speed of 5300 g for 30 minutes. The pellet contains membrane protein and the supernatant is discarded.

ペレットを0.9%塩化ナトリウム溶液に再懸濁して、総タンパク質濃度を約50mg/mLとした。膜タンパク質の可溶化は、28LのTRIS結合バッファーと4.5リットルの5%LDAOを5Lの再懸濁ペレット材料に加えることによって実行した。室温で穏やかに攪拌しながら、混合物を2〜24時間インキュベートした。 The pellet was resuspended in 0.9% sodium chloride solution to a total protein concentration of about 50 mg / mL. Membrane protein solubilization was performed by adding 28 L of TRIS binding buffer and 4.5 liters of 5% LDAO to 5 L of resuspended pellet material. The mixture was incubated for 2-24 hours with gentle stirring at room temperature.

可溶化方法の後、混合物を2Lの容器内で5300gにて90分間遠心分離した。上澄みを回収し、希釈バッファーを加えてLDAO濃度を0.2%に調整した。 After the solubilization method, the mixture was centrifuged in a 2 L container at 5300 g for 90 minutes. The supernatant was collected and a dilution buffer was added to adjust the LDAO concentration to 0.2%.

可溶化および清澄化後、IMACを使用してタンパク質を捕捉し、1000mMイミダゾールおよび0.2%w/v LDAOを含む溶出バッファーで溶出した。溶出フラクションをSDSPageで分析したところ、27kDaで移動した単一の主要なバンドのみが示された。これは、日本米のアクアポリンのサイズに相当する。さらに、空のベクターで形質転換された大腸菌からのネガティブコントロール精製と比較することにより、結果が確認された。ネガティブコントロールは精製タンパク質を与えなかった。ヒスチジンタグに特異的な抗体(TaKaRa Bio)を用いたウエスタンブロット分析では、予想通り、精製タンパク質からの明確なシグナルが得られ、ヒスチジンタグ付き膜タンパク質としての精製タンパク質の起源を確認するネガティブコントロールからのシグナルはなかった。 After solubilization and clarification, the protein was captured using IMAC and eluted with an elution buffer containing 1000 mM imidazole and 0.2% w / v LDAO. Analysis of the elution fractions by SDSpage showed only a single major band that migrated at 27 kDa. This corresponds to the size of Japanese rice aquaporins. In addition, the results were confirmed by comparison with negative control purification from E. coli transformed with an empty vector. Negative control did not give purified protein. Western blot analysis with a histidine tag-specific antibody (TaKaRa Bio), as expected, gave a clear signal from the purified protein, from a negative control confirming the origin of the purified protein as a histidine-tagged membrane protein. There was no signal.

実施例6
大腸菌におけるユーカリプタスグランディスからのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用したその精製
ユーカリプタスグランディスのアクアポリンをコードする遺伝子(UNIPROT:A0A059C9Z4)は、大腸菌における発現を改善するためにGeneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用してコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI/XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Eucalyptus_grandis)。実施例5に記載されるように、前記遺伝子をクローン化および発現した。実施例5に記載されるように、前記タンパク質を精製および確認することに成功した。
Example 6
Expression of histidine-tagged aquaporin from eucalyptus grandis in E. coli and its purification using IMAC The gene encoding eucalyptus grandis aquaporin (UNIPROT: A0A059C9Z4) is a Geneart (Thermo Fisher Scientific) subsidiary to improve expression in E. coli. Codon optimized using the service. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and C-terminal, respectively, together with an NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Eucalyptus_grandis). The gene was cloned and expressed as described in Example 5. The protein was successfully purified and confirmed as described in Example 5.

実施例7
大腸菌におけるSolanumtuberosum(デンマークのジャガイモ)からのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用したその精製
Solanum tuberosum(UNIPROT:Q38HT6)のアクアポリンをコードする遺伝子は、大腸菌における発現を改善するためにGeneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用してコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI/XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Solanum_tuberosum)。実施例5に記載されるように、前記遺伝子をクローン化および発現した。実施例5に記載されるように、前記タンパク質を精製および確認することに成功した。
Example 7
Expression of histidine-tagged aquaporin from Solanum tuberosum (Potato in Denmark) in E. coli and its purification using IMAC The gene encoding the aquaporin of Solanum tuberosum (UNIPROT: Q38HT6) is used to improve expression in E. coli. Codon-optimized using the (Scientific subsidiary) service. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and C-terminal, respectively, together with an NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Solanum_tuberosum). The gene was cloned and expressed as described in Example 5. The protein was successfully purified and confirmed as described in Example 5.

実施例8
大腸菌におけるMilnesium tardigradum(クマムシ)からのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用した精製
Milnesium tardigradum(UNIPROT:G5CTG2)のアクアポリンをコードする遺伝子は、大腸菌における発現を改善するためにGeneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用してコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI/XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Milnesium_tardigradum)。実施例5に記載されるように、前記遺伝子をクローン化および発現した。実施例5に記載されるように、前記タンパク質を精製および確認することに成功した。
Example 8
Expression of histidine-tagged aquaporin from Milnesium tardigradum (tardigrade) in E. coli and purification using IMAC The gene encoding aquaporin in Milnesium tardigradum (UNIPEROT: G5CTG2) is used to improve expression in Escherichia coli. Codon optimized using the (subsidiary) service. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and C-terminal, respectively, together with the NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Mirnesium_tardigradum). The gene was cloned and expressed as described in Example 5. The protein was successfully purified and confirmed as described in Example 5.

実施例9
大腸菌におけるハロモナス属からのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用したその精製
ハロモナス属のアクアポリンをコードする遺伝子(UNIPROT:A0A2N0G6U6)は、大腸菌での発現を改善するためにGeneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用してコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI/XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Halomonas_sp)。実施例5に記載されるように、前記遺伝子をクローン化および発現した。実施例5に記載されるように、前記タンパク質を精製および確認することに成功した。
Example 9
Expression of histidine-tagged aquaporin from Halomonas in E. coli and its purification using IMAC The gene encoding Halomonas aquaporin (UNIPROT: A0A2N0G6U6) is a Geneart (Thermo Fisher Scientific subsidiary) to improve expression in E. coli. ) Codon optimized using the service. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and C-terminal, respectively, together with an NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Halomonas_sp). The gene was cloned and expressed as described in Example 5. The protein was successfully purified and confirmed as described in Example 5.

実施例10
大腸菌におけるKyrpidiaspormanniiからのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用したその精製
Kyrpidia属からのアクアポリンをコードする遺伝子(UNIPROT:A0A2K8N5Z5)は、大腸菌における発現を改善するためにGeneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用してコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI/XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Kyrpidia_spormannii)。実施例5に記載されるように、前記遺伝子をクローン化および発現した。実施例5に記載されるように、前記タンパク質を精製および確認することに成功した。
Example 10
Expression of histidine-tagged aquaporin from Kyrpidiaspormannii in E. coli and its purification using IMAC The gene encoding aquaporin from the genus Kyrpidia (UNIPROT: A0A2K8N5Z5) is used to improve expression in Escherichia coli. Codon optimized using the service. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and C-terminal, respectively, together with an NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Kyrpidia_spormannii). The gene was cloned and expressed as described in Example 5. The protein was successfully purified and confirmed as described in Example 5.

実施例11
大腸菌におけるMethanothermobacter属からのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用したその精製
Methanothermobacter属由来のアクアポリンをコードする遺伝子(UNIPROT:A0A223ZCQ2)は、大腸菌における発現を改善するために、Geneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用してコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI/XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Methanothermobacter_sp)。実施例5に記載されるように、前記遺伝子をクローン化および発現した。実施例5に記載されるように、前記タンパク質を精製および確認することに成功した。
Example 11
Expression of histidine-tagged aquaporin from the genus Thermothermovator in Escherichia coli and its purification using IMAC The gene encoding aquaporin from the genus Thermothermovator (UNIPROT: A0A223ZCQ2) is used to improve the expression of HistidineA223ZCQ2 in Escherichia coli. Codon-optimized using the (subsidiary) service. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and C-terminal, respectively, together with an NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Methanothermobacter_sp). The gene was cloned and expressed as described in Example 5. The protein was successfully purified and confirmed as described in Example 5.

実施例12
大腸菌におけるNovicabillus thermophilusからのヒスチジンタグ付きアクアポリンの発現およびIMACを使用したその精製
Novibacillus thermophilusのアクアポリンをコードする遺伝子(UNIPROT:A0A1U9K5R2)は、Geneart(Thermo Fischer Scientificの子会社)サービスを使用して大腸菌での発現を改善するためにコドン最適化された。得られた遺伝子は、C末端に隣接するNdeI / XhoI制限部位とともに、それぞれN末端およびC末端に隣接する10個のヒスチジンコードコドンを付加して合成された(遺伝子ID:aquaporin_Novicabillus_thermophilus)。実施例5に記載されるように、前記遺伝子をクローン化および発現した。実施例5に記載されるように、前記タンパク質を精製および確認することに成功した。
Example 12
Expression of histidine-tagged aquaporin from Novicabilus thermophilus in E. coli and its purification using IMAC The gene encoding aquaporin in Novivacillus thermofilus (UNIPROT: A0A1U9K5R2) uses the Geneart Codon-optimized to improve expression. The obtained gene was synthesized by adding 10 histidine coding codons adjacent to the N-terminal and the C-terminal, respectively, together with the NdeI / XhoI restriction site adjacent to the C-terminal (gene ID: aquaporin_Novicabilus_thermofilus). The gene was cloned and expressed as described in Example 5. The protein was successfully purified and confirmed as described in Example 5.

実施例13
大腸菌におけるEscherichia coliからの外膜プロテインA(OmpA)の発現
大腸菌におけるOmpA(UNIPROT:P0A910)の発現および精製は、大腸菌を空のベクターで形質転換し、可溶化を24時間に延長したことを除いて、本質的に実施例5に記載のように実施した。得られた可溶化タンパク質は、SDS−PAGEによって約30〜50%の純度と推定され、したがって、OmpAを標準的な精製手順に従って膜フラクションで単離することに成功したことを明確に示している。追加のサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)工程では、OmpAをさらに精製し得る。
Example 13
Expression of outer membrane protein A (OmpA) from Escherichia coli in E. coli Expression and purification of OmpA (UNIPROT: P0A910) in E. coli except that E. coli was transformed with an empty vector and solubilization was extended to 24 hours. In essence, it was carried out as described in Example 5. The resulting solubilized protein was estimated to be about 30-50% pure by SDS-PAGE, thus clearly demonstrating successful isolation of OpPA by membrane fraction according to standard purification procedures. .. An additional size exclusion chromatography (SEC) step can further purify OpPA.

実施例14
N末端ヒスチジンタグ付きyEGFPに融合し、タバコエッチウイルス(TEV)プロテアーゼ切断部位によって分離された大腸菌からアクアポリン−Z(AqpZ)を発現するSaccharomyces cerevisiae株を構築する。
Example 14
A Saccharomyces cerevisiae strain expressing aquaporin-Z (AqpZ) is constructed from Escherichia coli isolated by a tobacco etch virus (TEV) protease cleavage site by fusing to N-terminal histidine-tagged yEGFP.

大腸菌由来のAqpZ(UNIPROT ID:P60844)は、S.cerevisiaeでの発現を改善するためのGeneartのサービスを使用して、S.cerevisiaeでの発現用にコドン最適化された。S. cerevisiaeでの発現のために、AqpZを酵母強化緑色蛍光タンパク質(yEGFP)とN末端で融合させ(Brendan P. Cormackら、Microbiology(1997)、143、303−311)、膜タンパク質の視覚的検出と定量化を可能にした。さらに、8つのヒスチジン(His8)がIMAC精製タグとしてyEGFPのN末端に追加された。His8−yEGFPおよびAqpZは、構築中にPCRプライマーによって組み込まれたTEVプロテアーゼ切断部位によって遺伝的に分離された。 AqpZ (UNIPROT ID: P60844) derived from Escherichia coli is described in S. coli. Using Geneart's services to improve expression in S. cerevisiae, S. cerevisiae. Codon-optimized for expression in S. cerevisiae. S. For expression in S. cerevisiae, AqpZ was fused with yeast-enhanced green fluorescent protein (yEGFP) at the N-terminus (Brendan P. Cormac et al., Microbiology (1997), 143, 303-311) with visual detection of membrane proteins. It enabled quantification. In addition, eight histidines (His8) were added to the N-terminus of yEGFP as an IMAC purification tag. His8-yEGFP and AqpZ were genetically isolated by a TEV protease cleavage site incorporated by PCR primers during construction.

His8−yEGFP−TEV−AqpZ融合をコードするプラスミドの迅速かつ効率的な構築は、(Scientific Reports 7:16899)に記載されているように、His8−yEGFP−TEV PCRフラグメント、TEV−AqpZ PCRフラグメント、ならびにpEMBLyex4プラスミドのSalI、HindIII、およびBamHI消化に由来する線形化された発現プラスミドの間のS.cerevisiaeのプライマーによって組み込まれた重複領域のインビボ相同組換えによって実行された。前記TEV切断部位は、TEVプロテアーゼによるHis8−yEGFPタンパク質のその後の除去を可能にする。 Rapid and efficient construction of plasmids encoding His8-yEGFP-TEV-AqpZ fusion is described in (Scientific Reports 7:16899), His8-yEGFP-TEV PCR fragment, TEV-AqpZ PCR fragment, And S. cerevisiae between SalI, HindIII, and BamHI digestion-derived linearized expression plasmids of the pEMBLyex4 plasmid. It was performed by in vivo homologous recombination of overlapping regions incorporated with S. cerevisiae primers. The TEV cleavage site allows subsequent removal of the His8-yEGFP protein by TEV protease.

S.cerevisiae形質転換体の選択は、ウラシルが不足しているが、正しく組換えられたDNA断片で細菌細胞の生存を確保するためにロイシンおよびリジンが補充された最小培地プレートで実行された。この実施例で使用された培地組成およびアミノ酸濃度は、実施例15に列挙されたものと同一であった。 S. Selection of S. cerevisiae transformants was performed on minimal medium plates supplemented with leucine and lysine to ensure survival of bacterial cells with uracil-deficient but correctly recombined DNA fragments. The medium composition and amino acid concentration used in this example were the same as those listed in Example 15.

実施例15
Saccharomyces cerevisiaeを有するHis8−yEGFP−TEV−AqpZの発現
形質転換された酵母細胞の単一コロニーを、60mg/Lのロイシンおよび30mg/Lのリジンを補充した5mLのグルコース最小培地で飽和するまで選択的に増殖させた。続いて、この培養物の200μLを、高いプラスミドコピー数の選択のために、30mg/Lのリジンを補充した5mLのグルコース最小培地で増殖させた。高プラスミドコピー数細胞の凍結ストックを調製した。
Example 15
Expression of His8-yEGFP-TEV-AqpZ with Saccharomyces cerevisiae Selective single colonies of transformed yeast cells until saturated with 5 mL glucose minimal medium supplemented with 60 mg / L leucine and 30 mg / L lysine. Was propagated to. Subsequently, 200 μL of this culture was grown in 5 mL glucose minimal medium supplemented with 30 mg / L lysine for selection of high plasmid copy numbers. A frozen stock of high plasmid copy number cells was prepared.

解凍した凍結ストック200μLを、リジンを添加した最小培地10mLに加え、飽和するまで増殖させた。1mLの培養物を100mLの同じ培地に移した。一晩増殖させた後、0.05の最終OD600に対応するアリコートを、炭素源として20g/Lグルコースの初期濃度および追加のアミノ酸を補充した30g/Lグリセロールを含む1.5リットルの最小培地に移した。Lucullus(登録商標)ソフトウェア(Applikon、オランダ、およびSecureCell、スイス)を実行しているPCに接続されたez−Controlを備えた3LApplikon(商標登録)バイオリアクターで培養物を培養した。 200 μL of thawed frozen stock was added to 10 mL of minimal medium supplemented with lysine and grown to saturation. 1 mL of culture was transferred to 100 mL of the same medium. After overnight growth, an aliquot corresponding to 0.05 final OD600 was added to a minimum medium of 1.5 liters containing an initial concentration of 20 g / L glucose as a carbon source and 30 g / L glycerol supplemented with additional amino acids. Moved. Cultures were cultured in a 3LAplikon® bioreactor equipped with an ez-Control connected to a PC running Lucullus® software (Applikon, The Netherlands, and SecureCell, Switzerland).

発酵の最初の部分は、最小培地で20℃にて実施された。バイオリアクターには、初期量のグルコースが代謝されたときに、最終濃度が3%w/vになるようにグルコースを供給した。増殖培地のpHは、1M NHOHのコンピューター制御された添加によって6.0に維持した。グルコースへの接近が制限されていることによりCO排気ガスが横ばいとなったら、組換えAQP生産を誘導する前に、バイオリアクターを15℃に冷却した。400mL/L ASD−10、400mL/L過剰なアミノ酸、200g/Lグリセロール、および20g/Lガラクトースからなる50mL/L発現培地の添加により、組換えタンパク質の発現を開始した。酵母細胞を約96時間後に回収した。 The first part of fermentation was carried out in minimal medium at 20 ° C. The bioreactor was supplied with glucose to a final concentration of 3% w / v when the initial amount of glucose was metabolized. The pH of the growth medium was maintained at 6.0 with a computer-controlled addition of 1 M NH 4 OH. When CO 2 emissions leveled off due to restricted access to glucose, the bioreactor was cooled to 15 ° C. before inducing recombinant AQP production. Expression of the recombinant protein was initiated by the addition of a 50 mL / L expression medium consisting of 400 mL / L ASD-10, 400 mL / L excess amino acid, 200 g / L glycerol, and 20 g / L galactose. Yeast cells were collected after about 96 hours.

前記最小培地は、20g/Lグルコース、100mL/L ASD−10、5mL/L V−200、30g/Lグリセロール、0.1g/L CaClから構成された。前記ASD−10は、50g/L(NHSO、8.75g/L KHPO、1.25g/L KHPO、5g/L MgSO・7HO、1g/L NaCl、5mg/L HBO、1mg/L KI、4mg/L MnSO・1HO、4.2mg/L ZnSO・7HO、0.4mg/L CuSO・5HO、2mg/L FeCl、2mg/L NaMoO・2HOから構成された。前記V−200は、4mg/Lビオチン、400mg/L D−パントテン酸、0.4mg/L葉酸、2000mg/Lミオイノシトール、80mg/Lナイアシン、40mg/L p−アミノ安息香酸、 80mg/Lピリドキシン、40mg/Lリボフラビン、80mg/Lチアミンから構成された。記載されている場合、前記培地には、600mg/Lアラニン、600mg/Lアルギニン、600mg/Lシステイン、3000mg/Lグルタミン酸、2000mg/Lリジン、600mg/Lメチオニン、1500mg/Lフェニルアラニン、600mg/Lプロリン、10000mg/Lセリン、900mg/Lチロシン、4500mg/Lバリン、2000mg/Lアスパラギン酸、4000mg/Lスレオニン、600mg/Lヒスチジン、600mg/Lトリプトファンからなる追加のアミノ酸が含まれていた。 The minimum medium consisted of 20 g / L glucose, 100 mL / L ASD-10, 5 mL / L V-200, 30 g / L glycerol, and 0.1 g / L CaCl 2 . The ASD-10 is, 50g / L (NH 4) 2 SO 4, 8.75g / L KH 2 PO 4, 1.25g / L K 2 HPO 4, 5g / L MgSO 4 · 7H 2 O, 1g / L NaCl, 5mg / L H 3 BO 3, 1mg / L KI, 4mg / L MnSO 4 · 1H 2 O, 4.2mg / L ZnSO 4 · 7H 2 O, 0.4mg / L CuSO 4 · 5H 2 O, 2mg / L FeCl 3, composed of 2mg / L Na 2 MoO 4 · 2H 2 O. The V-200 is 4 mg / L biotin, 400 mg / L D-pantothenic acid, 0.4 mg / L folic acid, 2000 mg / L myo-inositol, 80 mg / L niacin, 40 mg / L p-aminobenzoic acid, 80 mg / L pyridoxine. , 40 mg / L riboflavin, 80 mg / L thiamine. As described, the medium contains 600 mg / L alanine, 600 mg / L arginine, 600 mg / L cysteine, 3000 mg / L glutamic acid, 2000 mg / L lysine, 600 mg / L methionine, 1500 mg / L phenylalanine, 600 mg / L proline. It contained additional amino acids consisting of 10000 mg / L serine, 900 mg / L tyrosine, 4500 mg / L valine, 2000 mg / L aspartic acid, 4000 mg / L threonine, 600 mg / L histidine, and 600 mg / L tryptophan.

実施例16
Saccharomyces cerevisiaeを含むバイオリアクターでのMilnesium tardigradumからのHis8−yEGFP−TEV−AQP5のクローニング
His8−yEGFP−TEV−AQP5構築物は、実施例14に概説された手順に従って調製された。M.tardigradum由来のAQP5タンパク質(UNIPROT:G5CTG2)は、酵母での発現が必要であるにもかかわらず、大腸菌での発現に最適化されたコドンであった。
Example 16
Cloning of His8-yEGFP-TEV-AQP5 from Milnesium tardigradum in a bioreactor containing Saccharomyces cerevisiae The His8-yEGFP-TEV-AQP5 construct was prepared according to the procedure outlined in Example 14. M. The tardigradum-derived AQP5 protein (UNIPROT: G5CTG2) was a codon optimized for expression in E. coli, despite the need for expression in yeast.

実施例17
S.cerevisiaeからのHis8−yEGFP−TEV−AqpZおよびHis8−yEGFP−TEV−AQP5の精製
S.cerevisiaeからの異種発現された膜タンパク質の精製は、適用された緩衝液量が減少した培養量に一致するように縮小し、溶解を1800バールにて行ったことを除いて、実施例2に記載されたように実行した。タンパク質の生産と純度は、SDSページとウエスタンブロットの両方の融合タンパク質で正常に確認され、汚染タンパク質は検出し得なかった。
Example 17
S. Purification of His8-yEGFP-TEV-AqpZ and His8-yEGFP-TEV-AQP5 from S. cerevisiae S. cerevisiae. Purification of heterologously expressed membrane proteins from S. cerevisiae is described in Example 2, except that the amount of buffer applied was reduced to match the reduced culture volume and lysis was performed at 1800 bar. I ran as it was. Protein production and purity were successfully confirmed on both SDS page and Western blot fusion proteins, with no contaminating proteins detected.

Claims (26)

以下の工程:
a.水性媒体中に存在する宿主生物において膜タンパク質を発現させること、
b.前記宿主生物から前記膜タンパク質を遊離させること、
c.界面活性剤溶液を添加して前記膜タンパク質を可溶化させること、
d.前記可溶化膜タンパク質の液体フラクションを遠心分離による上澄みとして回収すること、
e.前記液体フラクションをクロマトグラフィーに供して前記膜タンパク質を固定相上に結合または保持すること、および、
f.溶出バッファーを用いて前記固定相を溶出して前記膜タンパク質を製造すること、
を含み、工程dの遠心分離を500g〜30,000gで行う、膜タンパク質の製造方法。
The following steps:
a. Expressing membrane proteins in a host organism present in an aqueous medium,
b. To release the membrane protein from the host organism,
c. To solubilize the membrane protein by adding a detergent solution,
d. Collecting the liquid fraction of the solubilized membrane protein as a supernatant by centrifugation,
e. The liquid fraction is subjected to chromatography to bind or retain the membrane protein on a stationary phase, and
f. To produce the membrane protein by eluting the stationary phase with an elution buffer.
A method for producing a membrane protein, which comprises the above method and centrifuges in step d at 500 g to 30,000 g.
工程aの前記宿主生物を含む前記水性媒体を、工程bによる前記宿主生物の遊離の前に濾過する、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the aqueous medium containing the host organism in step a is filtered before the host organism is released by step b. 工程aの前記宿主生物を含む前記水性媒体を、0.5μm以下の孔径を有する精密濾過膜を通して濾過する、請求項2に記載の製造方法。 The production method according to claim 2, wherein the aqueous medium containing the host organism in step a is filtered through a microfiltration membrane having a pore size of 0.5 μm or less. 前記宿主生物を、任意に濾過後に、前記宿主生物を含む前記水性媒体の遠心分離によって単離する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein the host organism is optionally filtered and then isolated by centrifugation of the aqueous medium containing the host organism. 前記遠心分離を、500g〜30,000g、好ましくは1,000g〜10,000gで行う、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the centrifugation is carried out at 500 g to 30,000 g, preferably 1,000 g to 10,000 g. 単離された前記宿主生物を等張食塩水で洗浄して汚染塩を溶解し、続いて遠心分離して洗浄された前記宿主生物を単離する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。 The isolated host organism is washed with isotonic saline to dissolve the contaminating salt, and then centrifuged to isolate the washed host organism according to any one of claims 1 to 5. The manufacturing method described. 工程bの前に希釈緩衝液を添加する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein a dilution buffer is added before step b. 水性溶解液を添加して、前記宿主生物から前記膜タンパク質を遊離させる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 7, wherein an aqueous solution is added to release the membrane protein from the host organism. 前記水性溶解緩衝液が界面活性剤溶液であり、前記界面活性剤溶液が前記膜タンパク質を同時に可溶化する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 8, wherein the aqueous lysis buffer is a surfactant solution, and the surfactant solution simultaneously solubilizes the membrane protein. 前記宿主細胞が、攪拌中に前記界面活性剤の作用を受けることができる、請求項1〜9のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 9, wherein the host cell can be affected by the surfactant during stirring. 前記宿主細胞からの前記膜タンパク質の遊離をホモジナイザーを用いて行う、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 7, wherein the release of the membrane protein from the host cell is carried out using a homogenizer. 遊離した前記膜タンパク質にカチオン性凝集剤を添加して懸濁液を形成する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 11, wherein a cationic flocculant is added to the liberated membrane protein to form a suspension. 前記カチオン性凝集剤が、Superfloc C581などのポリアミン化合物である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 12, wherein the cationic flocculant is a polyamine compound such as Superfloc C581. 前記カチオン性凝集剤が、穏やかに攪拌されている間に再懸濁物の細胞部分と反応してフロックを形成することができる、請求項1〜13のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 13, wherein the cationic flocculant can react with the cell portion of the resuspension to form flocs while being gently stirred. 工程dの液体フラクションを、フロックを含む懸濁液の遠心分離からの上澄みとして回収する、請求項1〜14のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 14, wherein the liquid fraction of step d is recovered as a supernatant from centrifugation of a suspension containing flocs. 工程dの液体フラクションを固体フラクションの再懸濁物から回収し、前記固体フラクションを膜タンパク質を可溶化するための界面活性剤溶液に再懸濁する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。 The liquid fraction of step d is recovered from the resuspension of the solid fraction, and the solid fraction is resuspended in a surfactant solution for solubilizing the membrane protein, according to any one of claims 1 to 7. The manufacturing method described. 工程dの液体フラクションを遠心分離による上澄みとして回収する、請求項16に記載の製造方法。 The production method according to claim 16, wherein the liquid fraction of step d is recovered as a supernatant by centrifugation. 前記界面活性剤が、ラウリルジメチルアミンN−オキシド(LDAO)、オクチルグルコシド(OG)、ドデシルマルトシド(DDM)またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1〜17のいずれか1項に記載の製造方法。 Any one of claims 1 to 17, wherein the surfactant is selected from the group consisting of lauryldimethylamine N-oxide (LDAO), octyl glucoside (OG), dodecyl maltoside (DDM) or a combination thereof. The manufacturing method described in. 前記遠心分離を500g〜30,000g、好ましくは1,000g〜10,000gで行う、請求項1〜18のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 18, wherein the centrifugation is carried out at 500 g to 30,000 g, preferably 1,000 g to 10,000 g. 前記膜タンパク質を結合または保持することができる固定相がカラム内に存在する、請求項1〜19のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 19, wherein a stationary phase capable of binding or retaining the membrane protein is present in the column. 前記膜タンパク質が親和性ペアの第1の部分と会合し、前記固定相が前記親和性ペアの第2の部分と会合する、請求項1〜20のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 20, wherein the membrane protein associates with the first portion of the affinity pair and the stationary phase associates with the second portion of the affinity pair. 前記親和性ペアの前記第1の部分がヒスチジンタグである、請求項1〜21のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 21, wherein the first portion of the affinity pair is a histidine tag. 前記ヒスチジンタグが8つ以上のヒスチジン分子を含む、請求項1〜22のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 22, wherein the histidine tag contains eight or more histidine molecules. 前記溶出緩衝液がイミダゾールを含む、請求項1〜23のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 23, wherein the elution buffer contains imidazole. 前記溶出緩衝液で溶出する前のカラムを、前記溶出緩衝液中の濃度の40%以下のイミダゾールを含む洗浄緩衝液を用いて洗浄する、請求項1〜24のいずれか1項に記載の製造方法。 The production according to any one of claims 1 to 24, wherein the column before elution with the elution buffer is washed with a washing buffer containing imidazole having a concentration of 40% or less in the elution buffer. Method. 前記溶出緩衝液中のイミダゾールの濃度が400mM以上である、請求項1〜25のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 25, wherein the concentration of imidazole in the elution buffer is 400 mM or more.
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